[發明專利]磁流變液流變特性的微觀觀測方法及裝置

有效

• 申請號: 201710363376.2
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107024414B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 陳超;王均山;強鷺升;王福飛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種磁流變液在光學顯微鏡和超聲近場作用下磁場無級可調的微觀動態變化觀測方法及裝置，其特征是通過一個基于超聲換能器的超聲近場發生裝置，利用換能器的縱振激發振動板的彎振從而對容腔中磁流變液施加超聲場，磁軛由電工純鐵材料制得，保證磁感線被限制在所設計的磁路中，減少了磁漏，磁流變液容腔中的磁感應強度均勻。采用直線超聲電機驅動剪切塊，對磁流變液施加剪切力。本發明具有方法結構簡單，體積小，工作效果好，可大規模應用于多場耦合下的磁流變液機理研究。

技術領域

本發明涉及超聲近場對微觀顆粒操控技術以及磁流變液材料技術，尤其是一種磁流變液流變特性觀測方法裝置，具體地說是一種磁流變液在超聲近場和磁場耦合下的磁流變液中磁性顆粒和流變現象的微觀觀測方法及裝置。

背景技術

超聲場是一種振動頻率在超聲頻段的機械波。在距離這種機械波輻射面很近的位置會產生較強的聲輻射力，通過聲輻射力的變化可來操控顆粒的位置，達到微觀顆粒操控的目的。這也是多年來超聲領域研究的重點之一。

磁流變液是一種流變特性可控的新型智能材料，具有響應快（毫秒級）、連續可調、能耗低等優良特點，是智能材料研究中較為活躍的一支。典型的磁流變液是由微米級高磁導率、低磁滯性的軟磁材料顆粒分散于非導磁性載液（油和水）中形成的懸浮液，其物理狀態和流變特性能夠隨外加磁場的變化而變化：在零磁場作用下其表現出良好的低粘度的牛頓流體特性；而在磁場作用下，黏度可瞬間增加兩個數量級以上，并呈現出高粘度、低流動性的類固體力學特征，并且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度存在穩定的關系。因此磁流變是一種用途廣泛、性能優良的智能材料，一直是功能材料研究體系中重點，很多學者在理論領域已經取得了很多成就，但都是集中于磁流變液在磁場和溫度場下的剪切特性以及測試磁流變液的性能參數。

隨著磁流變液應用的越來越廣泛，在不同的領域有著不同的性能要求，由于磁流變液粘度隨磁場增加的響應極快，但是在某些應用要求磁流變液粘度可精確調控并且調控更加廣泛。在現有超聲近場對微觀顆粒研究的基礎上，選擇向磁流變液施加超聲近場，但目前并沒有超聲場和磁場耦合下的磁流變效應的觀測設備與裝置。

故考慮到該技術領域空白以及成本、直觀性和高效便捷性，設計了基于駐波超聲近場和磁場無級可調的磁流變液流變微觀觀測裝置，可大規模應用于多場耦合下的磁流變液機理研究。

發明內容

本發明的目的是針對目前尚無一種能同時觀察超聲波和磁場對磁流變液作用情況的方法及裝置而不能實現有效觀察和研究，制約了該項工作開展的問題，發明一種能夠同時向磁流變液施加不同強度的超聲近場和磁場，并且可直觀觀測在不同強度超聲場和不同強度磁場耦合作用或者單個場分別作用下的磁流變液微觀流變過程的方法及其裝置。同時在整個裝置中加裝速度、位移以及拉力傳感器可實現對該種情況下磁流變液剪切特性測量。

本發明的技術方案之一是：

一種磁流變液在光學顯微鏡和超聲近場作用下磁場無級可調的微觀動態變化觀測方法，其特征是首先在磁流變液容腔一側安裝一個基于超聲換能器的超聲近場發生裝置，利用換能器的縱振激發振動板的彎振從而對容腔中磁流變液施加超聲場，振動板夾持在其振動節點位置；整個工作臺由黃銅材料制成，磁軛由電工純鐵材料制得，保證磁感線被限制在所設計的磁路中；采用直線超聲電機帶動剪切塊從而對磁流變液實施剪切運動；在磁流變液容腔的底部鑲嵌有由有機玻璃制得的透光板，由LED發光板發出的光線經過工作臺光源縫透過透光板照亮磁流變液，顯微鏡物鏡位于磁流變液容腔正上方，從而可以分別觀測在不同強度超聲近場作用下及不同磁場強度下的磁流變液微觀流變過程，亦可觀測超聲場及磁場耦合作用下的磁流變液微觀流變過程。

本發明的基于變幅桿式超聲換能器的超聲近場發生裝置利用變幅桿將由夾心式換能器基于壓電陶瓷d₃₃逆壓電效應所產生的軸向縱振放大，激發振動板的彎曲振動，從而對磁流變液容腔中的磁流變液施加超聲近場，換能器通過節點位置處的法蘭盤夾持，振動板在其振動節點位置進行夾持以減小對其振動模態的干擾。